lunes, 26 de diciembre de 2011

1,35 o 1,60 this is the question


Una vez que se han determinado los esfuerzos estructurales que soportará un elemento de cimentación, como pueda ser un muro, una zapata o un encepado, se debe proceder a su diseño como elemento estructural. Aquí aparece un aspecto conflictivo:
 
¿Qué parámetro de mayoración sobre las acciones utilizo, 1.60 o 1.35 ?
 
 
Para mí la respuesta es clara 1,35 y en este artículo intentaré argumentarlo técnicamente, ya que económicamente no ha lugar.





 
Los que nos movemos por este mundo del diseño de cimentaciones estamos acostumbrados a entornos relativamente poco normalizados, lo cual por un lado nos permite utilizar las más diversas tecnologías pero también nos obliga a convivir con un nivel de riesgo profesional mayor del habitual en otras disciplinas.
 
 
La situación anterior, no sé si para bien o para mal, está cambiando con la implantación a nivel europeo de los Eurocódigos (Eurocódigo 7) y más concretamente en España el CTE ( Código Técnico de la Edificación) así como normativas y recomendaciones diversas, algunas de las cuales podéis descargar desde la pestaña NORMATIVAS GUÍAS de este mismo blog.
 
 
Uno de los problemas que aparecen cuando conviven varias normativas, son los problemas de coherencia entre éstas y sobre eso va este artículo.
 
 
Cuando se han determinado los esfuerzos que soporta un elemento estructural de cimentación, fruto del cálculo geotécnico, el diseño del elemento debería seguir las pautas marcadas por las normativas estructurales pertinentes, independientemente del origen de los esfuerzos.

Por ejemplo, para elementos de hormigón disponemos de dos documentos con rango de normativa de obligado cumplimiento como son la EHE-08 y el CTE, ambos son bastante claros en este aspecto a efectos de diseño estructural.
 
 
Por un lado el CTE en su Documento Básico SE Seguridad estructural, concretamente en el apartado 4.2 Capacidad portante deja claro que las acciones permanentes desfavorables, a efectos de determinar la resistencia de los elementos estructurales, deben de mayorarse con un coeficiente de 1,35, tal y como refleja en la tabla 4.1 Coeficientes parciales de seguridad para las acciones .
 
 


 
Cabe decir que tanto los empujes como las reacciones del terreno, el CTE los identifica claramente como acciones permanentes, en su Documento Básico SE-AE Seguridad Estructural – Acciones en la edificación, en su apartado 2 Acciones Permanentes y más concretamente en el subapartado 2.3 Acciones del terreno.
 
El coeficiente anterior de 1,35 es coherente con el coeficiente utilizado en la normativa EHE-08 Instrucción de Hormigón Estructural, tal y como refleja la tabla 12.1.a de dicha normativa

 
La coincidencia anterior no debería sorprendernos, ya que ambas tablas son coherentes con los criterios establecidos en los Eurocódigos.
 
 
 
Hasta aquí todo está claro y es coherente, el problema aparece cuando revisamos la Tabla 2.1. Coeficientes de seguridad parciales del Documento Básico SE-C Seguridad Estructural Cimientos. En la cual aparece como coeficiente de seguridad el 1.6 para determinar la capacidad estructural del elemento.



 
Esta incoherencia es la que provoca todos los conflictos ya que puede interpretarse que se está valorando el diseño del elemento estructural de cimentación como algo claramente diferente de los otros elementos estructurales, siendo ésta la función de los otros parámetros expuestos en la tabla.
  
 
Mi interpretación es clara, este 1.6 está totalmente fuera de lugar y me baso en los siguientes tres argumentos:


·         Un muro, una zapata o un encepado son elementos estructurales totalmente normales, por lo que no hay razón alguna para tratarlo, estructuralmente hablando, de forma diferente y así queda reflejado perfectamente en la tabla 4.1 Coeficientes parciales de seguridad para las acciones del Documento Básico SE Seguridad estructural donde se menciona de forma explícita los conceptos de empujes del terreno y presión de agua.

·         Analizando en detalle la Tabla 2.1. Coeficientes de seguridad parciales del Documento Básico SE-C Seguridad Estructural Cimientos el valor 1.6 aparece con una nota al margen con numeración (5) cuya lectura nos lleva a criterios propios de la normativa EHE en su versión anterior a la actual EHE-08, ya que tanto los valores de 1.6 como 1.8 como el concepto de nivel de control reducido quedaron fuera de la EHE-08.


·         El valor de 1.35 es el valor que figura en los diversos Eurocódigos.

 
Cabe aquí reflexionar sobre lo que ha pasado para que aparezca este valor de 1.6 no coherente con el 1.35 del mismo documento CTE, la EHE-08 y los Eurocódigos. Mi interpretación es que éste se arrastra de las primeras fases de creación del CTE, momento en el cual estaba en vigor la EHE aprobada por Real Decreto 2661/1008 en el año 1998 donde sí figura este 1.6.
 
 
En ese primer momento el grado de armonización con los eurocódigos era mínimo, pero a medida que evoluciona la redacción del CTE, esta convergencia con los eurocódigos aumentó, de forma que el 29 de Marzo de 2006, cuando mediante el Real Decreto 314/2006 se aprobó el CTE éste era bastante coherente con los eurocódigos, razón por la cual aparece el 1.35 en su apartado de Seguridad Estructural. Así mismo la EHE-08 se aprueba el 18 de Julio de 2008 con el Real Decreto 1247/2008, con criterios aun más convergentes con los de los Eurocódigos y donde figura claramente el valor de 1.35.
 
En definitiva, yo me quedo con el 1.35
 
Debo decir que a todo lo anterior le doy una trascendencia básicamente económica, ya que técnicamente mi preocupación por poner un 15% más o menos de hierro en una obra de cimentaciones es muy limitada tal y como ya os he reflejado en varios artículos anteriores, de los cuales destaco:

 

Gracias por vuestro tiempo

juanjo

16 comentarios:

  1. Totalmente de acuerdo, Juanjo. Es más, el mismo CTE admite que el coeficiente de 1,6 para la comprobación de la capacidad estructural es "optativo", y se podrá elegir alternativamente el que marca el DB-SE (que es 1,35). Esto lo dice en el artículo 2.4.1 punto 4 del DB-SE-C; lo transcribo a continuación:

    "La comprobación de la capacidad estructural de la cimentación, como elemento estructural a dimensionar, puede realizarse con el formato general de acciones y coeficientes de seguridad incluidos en el DB-SE, y en el resto de Documentos Básicos relativos a la seguridad estructural de los diferentes materiales o la instrucción EHE, o utilizando el formato de acciones y coeficientes de seguridad incluidos a tal efecto en este DB."

    Saludos!

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  2. Entiendo que para ser estrictos se deberia ponderar la fracción de sobrecarga por 1,50.
    Aunque si operamos ponderando el coeficiente de 1,50 por el coeficiente de reducción de sobrecargas, un coeficiente de mayoracion de esfuerzos global de 1,35 puede resultar conservador en muchos casos.
    Que no se interprete mal el mezclar conceptos distintos en un único coeficiente.

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  3. Totalmente de acuerdo con todo lo anterior, el criterio de Xavier para edificación con varios pisos es acertadísimo.
    Esta cuestión permite añadir alguna crítica y no puedo dejar pasar la ocasión, que los que leemos estas cosas deberíamos airear para general escarnio:
    Desde hace 15 o 20 años se ha perdido mucho rigor en el desarrollo de la normativa, es tanta la fiebre por poner al día la normativa nacional frente a los eurocódigos que no se toma el tiempecito adecuado, y no parece que vaya a disminuir. Personalmente, con los recortes que se avecinan, pienso que bien podría prescindirse de muchos organismos que se dedican más a la traducción que otra cosa. Se establece como norma única el EC y a otra cosa.
    Segunda cuestión que también influye claramente en la optimización de cimientos: ¿porqué ha desaparecido en las normas la especificación clara del incremento permitido de tensión admisible en borde de zapata, losa o pilotes, bajo solicitación excéntrica, detallando en cada caso para cargas gravitatorias, viento extremo y sismo?
    Parece de aurora boreal pero así es, para que los supervisores engrosen los expedientes....

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  4. Hola.
    La referencia al punto 2.4.1 4 del DB-SE-C, que permite elegir entre ambos formatos de seguridad, aclara mucho el panorama.
    Si aplicamos el formato del DB-SE/EHE-08 no basta con el 1.35, sino que hemos de aplicar 1.35 a las cargas permanentes y 1.50 a las variables.
    Discrepo en la apreciación sobre el punto 2.3 del DB-SE-AE. Entiendo que se refiere a acciones del terreno sobre la estructura, no a reacciones. A efectos de fuerzas, es lo mismo -cosas de la tercera de Newton- pero las causas son diferentes. No veo sentido a suponer que si sobre una zapata caen 500kN de peso propio (de la zapata, la estructura y los elementos constructivos) y otros 1000kN de sobrecarga de uso nos planteemos que la reacción del terreno sea permanentemente 1500kN.
    Dejo para otro momento mi escepticismo sobre la consideración, que efectivamente sí hace el DB-SE-AE, de los empujes del terreno como acción permanente, creo que todos estamos de acuerdo en que el terreno empuja cuando le place.

    Saludos,
    Coya

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  5. Totalmente de acuerdo con la anterior entrada, pero surge una duda:
    Si las cargas variables (en el tiempo) se definen por su valor característico y las cargas permanentes por su valor medio, que valores estamos tomando en una ley de empujes de Rankine? La envolvente se aproxima más a un valor medio o a un valor carcterístico? Cómo se ponderan los parámetros geotécnicos que tomamos?

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  6. Laureà, Xavier, Jose Manuel y Coya, gracias por vuestros comentarios, creo que enriquecen esta entrada.
    Respecto a la opción de utilizar 1,35 o 1,50 personalmente suelo aplicar un valor intermedio entre ambos ponderando su importancia relativa.
    En muros pantalla debe tenerse en cuanta que, salvo para sobrecargas muy importantes, a partir de 2-3 metros el empuje de tierras asociado al peso de éstas suele empezar a ser mucho más importante que el empuje asociado a las sobrecargas. Personalmente, en los primeros tanteos suelo trabajar con un valor de 1,4 y si voy justo ya lo analizo de forma más detallada, llegando incluso a sobrevalorar algo las cargas variables para poder aplicar un 1,35 genérico. Debo decir que todo lo comentado arriba me importa relativamente, ya que no soy conocedor de obra alguna que haya fallado por la falta de un ,15 en el parámetro, en cambio he visto tantas obras fallidas por cimentación sobre rellenos, sifonamientos, anclajes fallados apuntalamientos pandeados, excentricidades no consideradas, etc, etc...

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  7. Hola a todos, soy Jose Antonio Agudelo y soy nuevo comentado por estos lares aunque sigo desde hace algún tiempo este blog. Lo primero y sobre todo justo, es darle la enhorabuena por el blog a Juan. Muy bueno, ameno e instructivo.
    Lo segundo es comentar sobre el tema en cuestión. Yo suelo calcular en obra civil por lo que la CTE la suelo tocar muy poco. Me ha sorprendido que la CTE pusiera el coeficiente de 1,35 pues las normas que suelo usar, la nueva IAP-11 y la IAPF-07 definen expresamente que los empujes del terreno son acciones permanentes de valor no constante (G*) y debe mayorarse por 1,5 (ver tabla 6.2.b de la IAP-11 y cuadro 4.1 de la IAPF-07). Supongo que esto da mas leña al fuego... o simplemente es que hay que diferenciar entre edificación y obra civil...
    Opino, al igual que Juan que 1,5 es un valor demasiado conservador. Por ejemplo, para un muro, es practica habitual poner una densidad de 20KN/m³ y un águlo de rozamiento de 30º para los rellenos del trasdós (valores recomendados en la IGP) y puestos a pensar sobre estos valores uno mira la tabla de propiedades mecánicas de los suelos compactados del Bureau of Reclamation o de las Guía para el proyecto y contrucción de balsas de tierra o del manual de Taludes del IGME y resulta que la mayoría de suelos compactados 100%PN no superan 18.5KN/m³ y que la mayoría supera amplimente los 30º (las arcillas es verdad que tienen angulos menores pero ademas de que no se suelen usar para rellenar el trasdós de un muro, estas no superan los 15 KN/m³). Total, que aunque vemos que hemos sido conservadores en los parametros vamos y multiplicamos esta acción conservadora por 1,5... en fin..

    Pero ya puestos en mojarse ¿que opinais del coeficiente a considerar cuando la acción es favorable? en la CTE sería 0,8 y sin embargo en la IAP e IAPF es simplemente 1¡¡¡¡ Este hecho me parece mucho mas importante que el de la acción desfavorable por que todos despreciamos o minoramos el término de la cohesión y claro si mayoramos 1, en situaciones hiperestáticas, en cuanto tengamos algo de mas cohesión de la que supusimos podríamos tener alguna sorpresa... en este aspecto me gusta mas el 0,8 de la CTE pero es verdad que no suelo usarlo... ¿Qué opinais? Un saludo a todos.

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  8. Anónimo gracias por tu aportación.
    Respecto a la IAP-11 y IAPF-07, efectivamente los empujes los trata como permanentes de valor no constante, hay que conocer que deben ponerle imaginación, aplicando como coeficiente de mayoración 1,5. El Eurocódigo 7 establece como normativo, únicamente para edificación una serie de parámetros donde no figura este concepto de permanente de valor no constante, de hecho esta situación viene del anejo A.1 del Eurocódigo 2, limitándose, para obras no de edificación a establecer unso criterios para determinar estos parámetros, lo cuales se suponen se desarrollaran en los anejos nacionales, entendiendo que la IAP es un anejo nacional, lo lógico, en obras de puentes, es aplicar los parámetros expuestos en la IAP.
    Respecto a utilizar el 1 o el 0,8, personalmente yo suelo trabajar con análisis de sensibilidad, y uno de los parámetros que analizo es la cohesión, esta forma de trabajar es coherente con lo que indica el eurocódigo 7, el cual recomienda que uno de los escenarios a analizar minusvalore de forma importante los parámetros del terreno y muy especialemnte la cohesión.
    Un saludo y muchas gracias por tu aportación.
    juanjo

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  9. Juanjo, el problema de fondo no serà que el documento DB-SE-C no entra de lleno en el método semiprobabilista y propone un método clásico de coeficiente único camuflado?
    No se deberian abordar los valores represetativos de los distintos parámetros geotécnicos y los coeficientes de minoración del material, etc...
    No genera esto un conflicto implicito con el resto de normativa?

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  10. Xavier, en parte tienes razón, personalmente quiero interpretar la metodología que plantea el eurocódigo 7 como un apoyo claro a los análisis de sensibilidad, es decir más que buscar como pueden vaiar los parámetros, busco que parámetros pueden ser problemáticos en caso de variaciones de éstos, de hacho, así es como siempre he entendido que deben enfocarrse los análisis geotécnicos.

    Un saludo y gracias por tus visitas y comentarios.

    juanjo

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  11. Juanjo, acabo de descubrir toda la chicha técnica que le faltaba al artículo del burro acostumbrado a no comer en esta entrada!! :-D
    En primer lugar, felicidades a los contertulios por la precisión y raciocinio de sus argumentos, pero dejadme añadir la dimensión administrativa al tema, comentando que estais dibujando un escenario a 2048x1024 pixels mientras que la normativa lo hace a 320x200... O séa, afinamos mucho y damos vueltas a conceptos que, en la Nsima versión de la norma de turno, se modifican o directamente desaparecen sin mayor coherencia... Aunque eso no es excusa para no hacer bien nuestro trabajo!! Felicidades de nuevo!

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  12. Estoy de acuerdo contigo GGS, pero analizar en profundidad los temas muchas veces ayuda a priorizar, te das cuanta hasta donde las cosas son interpretativas.
    Gracias por tu participación.
    juanjo

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  13. Revisando este post, creo que la comparación entre el 1,35 y el 1,6 del CTE no es trivial, básicamente porque el 1,35 es un coeficiente de mayoración de las acciones (gf) mientras que el 1,6 mayora los efectos de las acciones (gE), es decir, los esfuerzos.

    Parece lo mismo pero no lo es. En línea con los estudios de sensibilidad que comenta Juan José, en una zapata con elevada excentricidad es relativamente fácil encontrar una respuesta no lineal en los valores de la presión sobre el terreno obtenida con cargas sin mayorar o mayoradas.

    Quiero entender que en el DB SE-C han metido el 1,6 porque se aplica sobre los esfuerzos y no sobre las acciones y, en general, esto es favorable para los casos más delicados como el que comentaba en el párrafo anterior.

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  14. Hola Juanjo,

    enhorabuena por tu blog, acabo de ver este post y me he dado cuenta que no estaba tan loco. Una pregunta, estoy volviendo a estudiar el cálculo a mano de armado de zapatas, y he visto que en las zapatas rígidas cuando aplico el método de tirantes y bielas hay una diferencia entre EHE-08 con la anterior y toda documentación técnica que veo,la EHE-8 contempla un área de influencia de R1d distinto, en este caso el área de influencia no llega hasta el centro del pilar,si no que se queda en la vertical de N1d. Que crees error o está bien.

    saludos

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  15. Manuel creo qeue s correcto, degamos que trabaja con un eje de simetría.
    Un saludo

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